▲ 식품의약품안전청 생명공학의약품과 보건연구사 오일웅

생명공학의약품은 생명공학기술을 이용하여 생산되는 의약품으로서 세포기질 및 생명공학의약품 관련 바이러스의 안전관리는 생명공학 의약품 생산에 있어 가장 핵심적인 요소로서 이에 대한 철저한 관리 없이는 우수한 품질의 생명공학의약품 생산이 불가능하다.

1. 세포기질 관리

1) 세포기질의 정의

세포기질이란 재조합의약품이나 세포배양의약품의 제조 소재로서 세균, 진균, 효모 같은 미생물세포나 사람 또는 동물 유래의 세포주로서 보통 세포은행 시스템을 가지며 의약품을 생산하는 능력을 가진 것으로 정의할 수 있다. 세포기질은 모세포주를 선택하고 세포융합, 유전자이입, 선택, 콜로니분리, 클로닝, 유전자증폭 등의 과정을 거쳐 원하는 특성을 개발하여 제조하며 재조합 DNA 기술응용 의약품, 비재조합의약품(또는 백신), 하이브리도마 의약품의 3가지 유형으로 분류할 수 있다.

2) 세포기질의 고려사항

이러한 세포기질 관리에 참고할 만한 지침서는 FDA 지침서 "Points to consider in the characterization of Cell lines used to produce Biologicals.(1993)"와 ICH 지침서 "Derivation and characterization of Cell substrates used for production of Biotechnological / Biological Products.(1997)" 및 WHO 지침서 "Requirements for the use of Animal Cells as in vitro substrates for the production of Biologicals.(1998)"와 이를 토대로 작성한 식약청 지침서 "생물의약품의 생산에 사용되는 세포기질 관리 가이드(2002)"를 참고할 수 있으며 이 지침서들은 의약품의 품질관리를 효과적으로 하기 위한 세포기질의 취급에 관한 적절한 관리를 목적으로 한다. 또한 유전자의 안전성에 대한 지침서는 ICH Q5B "Quality of biotechnological products : Analysis of the expression construct in cells used for production of rDNA derived protein products"를 참고하며, 이 지침서는 재조합 DNA 단백질의 제조에 이용하는 세포 중의 유전자발현 구성체의 해석을 통하여 재조합 의약품의 품질확보 및 생산의 항상성을 도모하는 것을 목적으로 하며 바이러스 안전성 평가에 대한 지침서는 ICH Q5A "Viral safety evaluation of biotechnology products derived from cell lines of human or animal origin" 및 이를 근거로 작성한 "세포주로부터 개발한 생물공학제제의 바이러스 안전성 평가 가이드"를 참고하며, 이들 지침서는 바이러스 시험과 바이러스 clearance 평가에 필요한 시험을 어떻게 고안 할 것인지를 목적으로 한다. 이러한 지침서를 토대로 세포기질의 출처, 기원, 배양내력에는 출처 및 각 세포주의 기원에 대한 각 사항에 대한 언급이 있어야 하며 특히 배양내력에는 세포의 분리방법, in vitro 세포배양 과정, 세포주의 확립에 사용한 과정, 유전자 조작이나 선택(Selection), 확인, 특성, 내인성 또는 외래성 미생물 시험 결과, 배양기간의 수치화에 대한 내용이 언급되어야 할 것이다.

2. 세포은행 관리

1) 세포은행의 정의

세포은행은 세포들을 확장 배양한 후 pooling 하여 소분하고 이것을 정해진 조건에서 저장, 보관하는 것을 말하며 종세포주 은행(MCB)으로 부터 제조용세포주 은행(WCB)을 제조하는 2단계 세포은행 시스템은 의약품을 지속적으로 제조하는데 있어 가장 실제적인 방법이나 경우에 따라 제조용 세포은행을 제조하지 않고 마스터 세포은행만을 사용하는 단일 세포은행 시스템을 사용하는 경우도 있다.

2) 세포은행의 고려사항

세포은행 제조에 있어서는 오염의 예방원칙이 적용되는지, 세포은행 시스템의 유형 및 규모, 사용되는 용기, 밀봉수단, 동결보호제, 배지와 저장조건 그리고 예방조치 계획 등의 사항에 대해 고려해야 한다. 이러한 과정을 거쳐 은행화 된 세포기질의 특성결정 및 품질평가 시험은 생명공학의약품의 품질을 확보하는데 있어서 필수적인 요소인데 종세포주 은행과 제조용세포주 은행에 대한 확인, 순도시험을 통해 세포기질의 특성을 명확히 하여 순도를 확립하며 종양 유발성, 핵형분석 시험을 추가하는 것이 적절한 경우도 있으며 안정성 시험 또한 수행해야 한다.

(1) 확인시험

후생동물세포인 경우 형태분석, 동종효소분석, 핵형분석, 종특이적 항혈청의 이용, 고유 세포주 특유의 marker 존재 입증, 목적단백질의 발현에 대한 시험 등이 있으며 미생물세포인 경우 증식 특성분석, 목적단백질의 발현에 대한 시험 등이 있다.

(2) 순도시험

종세포주 은행 및 제조용 세포주 은행이 생물학적으로 순수하다고 평가하는 것은 세포은행 제조의 핵심이며 검색계에 존재할 가능성이 있는 시약 및 항생물질이 외래성 미생물 오염의 검출계에 영향을 줄 수 있다는 것을 고려해야 한다.

(3) 안전성시험

안전성 시험은 첫째, 목적단백질을 항상 생산할 수 있는가에 대한 것으로서 발현구조체의 일관성, 불변성, 유전형, 형태적, 생화학적 지표 등에 대한 시험을 수행하여야 하며 두 번째, 정해진 조건하에서 보존기간 중에 생산능력을 유지하고 있는가에 대한 것이다.

(4) 핵형분석 및 종양유발성 시험

주로 새로운 세포주의 특성을 결정하거나 살아있는 세포의 잔존여부를 배제할 수 없거나 정제공정이 거의 없는 제품 (생바이러스 백신)의 경우에 필요한 시험이다.

(5) 일차배양세포

세포기질의 확립시에 사용된 기원조직 및 기타 동물유래 원료 물질에 관한 정보와 생산물의 안전성을 보증하기 위해 실시하는 시험에 관한 사항들이 언급 되어야 한다. 또한 외래성 미생물 부정시험이 동시적으로 실시해야 한다.

3. 바이러스 안전성 평가

1) 바이러스 안전성 평가의 정의

바이러스 안전성 평가는 바이러스 오염에 대하여 검사, 제거, 불활화검증을 통하여 제제의 안전성을 입증하는 것으로 정의할 수 있으며 생명공학의약품이나 생물체 유래 물질로부터 개발한 의약품에까지 적용할 수 있다.

2) 바이러스 안전성 평가의 고려사항

바이러스 오염의 가능성 및 세포기질 등에 대한 바이러스의 존재유무, 종류, 성질들에 대하여 검토하고 바이러스의 사람에 대한 유해성을 검토, 확인해야 하며 미정제 벌크 등에 있어서도 바이러스의 부정시험을 실시해야 한다. 바이러스 제거를 최대한 달성하기 위하여 제조공정 중에 바이러스의 제거를 위한 각종 방법을 사용해야 하며 또한 이에 대한 평가를 시행해야 한다.

(1) 바이러스 오염에 대한 고려사항

바이러스 오염은 세포주로부터 기인하는 것과 제조공정 중에 바이러스가 오염되어 기인하는 것이 있다. 사람에게 감염성이나 병원성을 나타내는 바이러스가 없는 세포나 제조관련물질을 선택함과 동시에 이들에 대한 철저한 스크리닝을 하는 것은 무엇보다 먼저 실시해야할 기본적인 접근 방법이다. 또한, 세포주 적합성 시험은 마스터 세포은행, 제조용 세포은행, in vitro 세포주령 상한까지 배양된 세포 등의 각 세포수준에서 한번은 실시해야 한다. 그러나, 이러한 세포수준의 시험결과 바이러스가 만약 검출되었을 경우 그 세포주의 사용여부는 case by case로 고려, 판단하게 되며 특히 바이러스 시험결과 등을 토대로 risk/benefit 의 관점에서 판단하게 된다.

(2) 바이러스 제거에 대한 고려사항

바이러스 제거의 목적은 바이러스 제거에 유효하다고 생각되는 공정에 대하여 평가하는 것이며 이들 각 공정을 합쳐 전체적으로 바이러스가 어느 정도 감소하였는지를 정량적으로 평가하는 것이다. 바이러스 제거에는 예측되는 바이러스에 관하여 제조공정이 가진 제거 능력을 해석하는 바이러스 제거 공정평가와 확실하게 예측되는 바이러스 이외의 바이러스에 대한 제거능력을 발휘한다는 면에서의 특성을 해석하는 2가지 접근방법이 있다.

바이러스 제거 과정에 있어서 바이러스를 선택할 때 고려해야 할 사항에 대해서 살펴보면 i) Relevant virus : 세포기질 또는 시약 등에 오염 가능한 바이러스이거나 같은 종의 바이러스 선택, ii) Specific model virus : Relevant virus가 유용하지 않거나 공정평가에 알맞지 않을 때 같은 속 또는 과 혹은 비슷한 물리학적, 화학적 특성을 가진 바이러스 선택, iii) Non-specific model virus : 제거공정의 특성을 결정하는 것이 목적일 때 물리적 처리나 화학적 처리에 현저한 저항성을 보이는 바이러스를 선택, 이러한 사항들을 고려하여 선택하며 실제 바이러스 선택할 경우 각 product에 해당하는 virus는 아래의 표에 나타내었다.(표 1)

표 1. 바이러스의 선택

이러한 바이러스 clearance에 대한 검증에서는 공정의 scale down에 대한 검증이 이루어져야 하며, 바이러스 종이나 제거과정에 대한 작은 변화가 큰 영향을 끼침을 고려해야 한다. 또한 바이러스 제거기작과 불활화의 kinetics에 대해서도 밝혀야 하며 바이러스 제거 과정 관련 특성의 이해가 반드시 필요하다.

4. 필요성

생명공학 의약품은 기존의 합성 의약품에 비해 훨씬 복잡한 공정과정에 의해 생산되며 이의 관리와 고려사항은 기존의 의약품과는 비교할 수 없다. 위에서 언급한 이러한 일련의 고려사항들은 복잡하고 시간 소모적이며 고비용이 요구되나 안전성이 보장되며 우수한 품질의 생명공학 의약품을 생산하기 위해서는 반드시 선행되어야 하며 이러한 전제조건을 통해서만 국내 생산 생명공학 의약품을 통한 국민 보건향상 및 국제 경쟁력 확보를 기대할 수 있을 것이다.